JP2003028607A - Capacitance detector and fingerprint collation apparatus using the same - Google Patents

Capacitance detector and fingerprint collation apparatus using the same

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JP2003028607A
JP2003028607A JP2001211796A JP2001211796A JP2003028607A JP 2003028607 A JP2003028607 A JP 2003028607A JP 2001211796 A JP2001211796 A JP 2001211796A JP 2001211796 A JP2001211796 A JP 2001211796A JP 2003028607 A JP2003028607 A JP 2003028607A
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capacitance
switch
fingerprint
sensor cell
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Motoyasu Yano
元康 矢野
Masaki Yoshioka
雅樹 吉岡
Keiichi Shinozaki
圭一 篠崎
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Sony Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem that a charging voltage is limited by the power- supply voltage of a detector although the detection sensitivity of a capacitance can be increased by increasing the charging voltage of a detection electrode, or by reducing a reference capacitance in the case of a voltage charging method, and that the influence of a disturbance noise or a noise in the operation of a circuit is increased so as to worsen an S/N ratio when the reference capacitance is reduced. SOLUTION: Under the control of a switching operation by a timing controller 16, a switch SA is first turned on at a sensor cell 100-k. The potential of the detection electrode is set to a reference potential (a GND level in this example). The switch SA is then turned off. A switch SB is turned on and the electric charge of the sensor cell 100-k is taken into the reference capacitance Cf1. The above procedure is repeatedly performed. The number of times of the operation is increased, the detection sensitivity is increased. A noise component is reduced by an averaging (integration) processing operation, and only a signal component is taken out.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、静電容量検出装置
およびこれを用いた指紋照合装置に関し、特に指紋検出
装置として用いて好適な静電容量検出装置および当該検
出装置を用いた指紋照合装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrostatic capacitance detection device and a fingerprint collation device using the same, and particularly to an electrostatic capacitance detection device suitable for use as a fingerprint detection device and a fingerprint collation device using the detection device. Regarding

【0002】[0002]

【従来の技術】指紋検出装置(指紋センサー)として、
図6に示すように、センサーセル100を形成する検出
電極101を半導体の表面にアレイ状に配置するととも
に、これら検出電極101に対して行選択線…,102
n−1,102n,102n+1,…および列センス線
…,103m−1,103m,103m+1,…をマト
リクス状に配線し、検出電極101の各々と列センス線
…,103m−1,103m,103m+1,…との間
にセル選択スイッチSrを接続し、これらセル選択スイ
ッチSrを行選択線…,102n−1,102n,10
2n+1,…を介して行単位で選択する構成のものが知
られている。
2. Description of the Related Art As a fingerprint detection device (fingerprint sensor),
As shown in FIG. 6, the detection electrodes 101 that form the sensor cells 100 are arranged in an array on the surface of the semiconductor, and row selection lines ...
n-1, 102n, 102n + 1, ... And column sense lines ..., 103m-1, 103m, 103m + 1, ... Are wired in a matrix, and each of the detection electrodes 101 and column sense lines ..., 103m-1, 103m, 103m + 1 ,. , And cell selection switches Sr are connected between them, and these cell selection switches Sr are connected to row selection lines ... 102n-1, 102n, 10
A configuration is known in which selection is performed in units of rows via 2n + 1, ....

【0003】この指紋検出装置では、図7に示すよう
に、検出電極101を覆うオーバーコート104の上に
指を載せたときに、検出電極101と指の表面との間に
指紋の凹凸に応じて形成される静電容量Csを検出する
ことによって指紋の模様(指紋パターン)を取得する原
理を用いている。すなわち、検出電極101と指の表面
との間に形成される静電容量Csについて、指紋の尾根
の部分では検出電極101との間の距離が短くなるため
容量値が大きくなり、指紋の谷の部分では検出電極10
1との間の距離が長くなるため容量値が小さくなること
から、その静電容量Csを検出することによって指紋の
模様を取得できるのである。なお、図7において、容量
Cpは、検出電極101とSi基板との間の寄生容量で
ある。
In this fingerprint detecting device, as shown in FIG. 7, when a finger is placed on the overcoat 104 covering the detecting electrode 101, the unevenness of the fingerprint is detected between the detecting electrode 101 and the surface of the finger. The principle of acquiring a fingerprint pattern (fingerprint pattern) by detecting the electrostatic capacitance Cs formed by the above is used. That is, regarding the electrostatic capacitance Cs formed between the detection electrode 101 and the surface of the finger, the distance between the detection electrode 101 and the detection electrode 101 becomes short at the ridge portion of the fingerprint, so that the capacitance value becomes large, and In the part, the detection electrode 10
Since the distance to 1 is long and the capacitance value is small, the fingerprint pattern can be obtained by detecting the capacitance Cs. Note that, in FIG. 7, the capacitance Cp is a parasitic capacitance between the detection electrode 101 and the Si substrate.

【0004】この静電容量Csを検出する方法として、
静電容量Csを一定の電圧でチャージしてこの静電容量
Csに蓄積された電荷を検出する電圧チャージ法と、静
電容量Csに一定の電荷をチャージして電圧変化を検出
する電荷チャージ法とが知られている。
As a method of detecting the electrostatic capacitance Cs,
A voltage charging method in which the electrostatic capacitance Cs is charged with a constant voltage to detect electric charges accumulated in the electrostatic capacitance Cs, and a charge charging method in which the electrostatic capacitance Cs is charged with a constant electric charge to detect a voltage change. Is known.

【0005】先ず、前者の電圧チャージ法の一例につい
て、その原理回路図を示す図8を用いて説明する。ここ
では、図6におけるm列の回路系を例に採って説明する
ものとする。
First, an example of the former voltage charging method will be described with reference to FIG. 8 showing a circuit diagram of the principle. Here, the circuit system of the m-th column in FIG. 6 will be described as an example.

【0006】図8において、m列の列センス線103m
の一端には検出回路105mが接続されている。この検
出回路105mは、逆相(−)入力端が列センス線10
3mの一端に接続され、正相(+)入力端が電圧供給線
106に接続されたオペアンプOPと、このオペアンプ
OPの逆相入力端と出力端との間に接続された基準容量
Cfと、この基準容量Cfに対して並列に接続されたリ
セットスイッチSbとを有している。電圧供給線106
には、切り替えスイッチSWを介して一定のチャージ電
圧Vc又は所定の基準電圧Vrefが択一的に与えられ
る。
In FIG. 8, a column sense line 103m of m columns
The detection circuit 105m is connected to one end of the. In the detection circuit 105m, the negative phase (-) input terminal is the column sense line 10
An operational amplifier OP having a positive phase (+) input terminal connected to the voltage supply line 106 and a reference capacitance Cf connected between the negative phase input terminal and the output terminal of the operational amplifier OP; It has a reset switch Sb connected in parallel with the reference capacitance Cf. Voltage supply line 106
, A constant charge voltage Vc or a predetermined reference voltage Vref is alternatively applied to the switch.

【0007】検出回路105mの出力端、即ちオペアン
プOPの出力端には、サンプル&ホールド回路107m
の入力端が接続されている。サンプル&ホールド回路1
07mは、検出回路105mの出力端と出力信号線10
8との間に直列に接続されたサンプリングスイッチSs
および列選択スイッチScと、これらスイッチSs,S
cの共通接続点Qとグランドとの間に接続されたホール
ド容量Chとを有する構成となっている。そして、サン
プル&ホールド回路107mの出力信号は、出力信号線
108から出力バッファ109を介して出力される。
At the output end of the detection circuit 105m, that is, the output end of the operational amplifier OP, the sample and hold circuit 107m is connected.
The input end of is connected. Sample and hold circuit 1
07m is the output terminal of the detection circuit 105m and the output signal line 10
Sampling switch Ss connected in series with 8
And the column selection switch Sc and these switches Ss, S
The holding capacitor Ch is connected between the common connection point Q of c and the ground. The output signal of the sample & hold circuit 107m is output from the output signal line 108 via the output buffer 109.

【0008】上記の構成において、検出したい静電容量
をCs、この静電容量Csへのチャージ電圧をΔVとす
ると、検出回路105mの出力電圧Vsnsは、 Vsns=−(Cs/Cf)×ΔV となる。この式から明らかなように、静電容量Csの検
出感度を上げるには、検出電極101のチャージ電圧Δ
Vを高くするか、基準容量Cfを小さく設定すれば良い
ことになる。
In the above structure, if the electrostatic capacitance to be detected is Cs and the charging voltage to this electrostatic capacitance Cs is ΔV, the output voltage Vsns of the detection circuit 105m is Vsns =-(Cs / Cf) × ΔV Become. As is clear from this equation, in order to increase the detection sensitivity of the electrostatic capacitance Cs, the charge voltage Δ of the detection electrode 101 can be increased.
It is only necessary to increase V or set the reference capacitance Cf small.

【0009】続いて、後者の電荷チャージ法の一例につ
いて、その原理回路図を示す図9を用いて説明する。
Next, an example of the latter charge charging method will be described with reference to FIG. 9 showing a circuit diagram of the principle.

【0010】図9において、アレイ状に配置された検出
電極101に対して、行駆動線111および列センス線
112がマトリクス状に配線されている。電源線113
と列センス線112との間には、ソースフォロアのNc
hMOSトランジスタQ1おおよび行を選択するNch
MOSトランジスタQ2が直列に接続されている。そし
て、MOSトランジスタQ1のゲートが検出電極101
に、MOSトランジスタQ2のゲートが行駆動線111
にそれぞれ接続されている。
In FIG. 9, row drive lines 111 and column sense lines 112 are arranged in a matrix with respect to the detection electrodes 101 arranged in an array. Power line 113
Between the column sense line 112 and the column sense line 112.
Nch selecting hMOS transistor Q1 and row
The MOS transistor Q2 is connected in series. The gate of the MOS transistor Q1 is the detection electrode 101.
The gate of the MOS transistor Q2 is connected to the row drive line 111.
Respectively connected to.

【0011】また、電源線111とのグランドとの間に
は、PchMOSトランジスタQ3とチャージ用電流源
Icとが直列に接続されている。そして、MOSトラン
ジスタQ3のゲートがリセット線114に接続されてい
る。また、MOSトランジスタQ3とチャージ用電流源
Icとの共通接続点Pが、NchMOSトランジスタQ
4を介して検出電極101に接続されている。そして、
MOSトランジスタQ4のゲートがチャージ制御線11
5に接続されている。
A PchMOS transistor Q3 and a charging current source Ic are connected in series between the power supply line 111 and the ground. The gate of the MOS transistor Q3 is connected to the reset line 114. The common connection point P between the MOS transistor Q3 and the charging current source Ic is the NchMOS transistor Q.
It is connected to the detection electrode 101 via 4. And
The gate of the MOS transistor Q4 is the charge control line 11
Connected to 5.

【0012】上記構成の検出回路が検出電極101ごと
に、即ちセンサーセルごとに設けられている。ここで、
この検出回路の回路動作について、図10のタイミング
チャートを用いて説明する。
The detection circuit having the above structure is provided for each detection electrode 101, that is, for each sensor cell. here,
The circuit operation of this detection circuit will be described with reference to the timing chart of FIG.

【0013】先ず、行駆動線111を介して高レベル
(以下、“H”レベルと記す)の行駆動信号RADが与
えられることでMOSトランジスタQ2がオン状態とな
り、続いてチャージ制御線115を介して“H”レベル
のチャージ制御信号CENが与えられることでMOSト
ランジスタQ4がオン状態となる。これにより、行の選
択が行われる。
First, a high level (hereinafter referred to as "H" level) row drive signal RAD is applied via the row drive line 111 to turn on the MOS transistor Q2, and then via the charge control line 115. Then, the MOS transistor Q4 is turned on by supplying the "H" level charge control signal CEN. Thereby, the row is selected.

【0014】この行選択と同時に、リセット制御線11
4を介して低レベル(以下、“L”レベルと記す)のリ
セット信号XRSTが与えられることで、MOSトラン
ジスタQ3がオン状態となる。これにより、検出電極1
01の電圧(以下、検出電圧と称す)VSが基準電圧で
ある電源電圧VDDにリセットされる。その後、リセッ
ト信号XRSTが“H”レベルに遷移することで、MO
SトランジスタQ3がオフ状態となる。これにより、検
出電極101に対して電流源Icによる電荷のチャージ
がMOSトランジスタQ4を通して開始される。
At the same time as this row selection, the reset control line 11
A low level (hereinafter, referred to as “L” level) reset signal XRST is applied via 4 to turn on the MOS transistor Q3. Thereby, the detection electrode 1
The voltage 01 (hereinafter referred to as the detection voltage) VS is reset to the power supply voltage VDD which is the reference voltage. After that, the reset signal XRST transits to the “H” level,
The S transistor Q3 is turned off. As a result, the charge of the detection electrode 101 by the current source Ic is started through the MOS transistor Q4.

【0015】一定時間Tcの経過後、チャージ制御信号
CENが“L”レベルに遷移することで、MOSトラン
ジスタQ4がオフ状態となる。これにより、検出電極1
01に対する電荷のチャージが終了する。このときの検
出電極101のリセット時からの電圧変化分が検出電圧
Vsnsとなり、ソースフォロアのMOSトランジスタ
Q1および行選択のMOSトランジスタQ2を介して列
センス線112に読み出され、この列センス線112を
通して外部へ出力される。
After the elapse of a certain time Tc, the charge control signal CEN transitions to the "L" level, and the MOS transistor Q4 is turned off. Thereby, the detection electrode 1
The charging of the electric charge for 01 ends. The voltage change amount from the reset of the detection electrode 101 at this time becomes the detection voltage Vsns, which is read out to the column sense line 112 through the source follower MOS transistor Q1 and the row selection MOS transistor Q2. Is output to the outside through.

【0016】ここで、静電容量Csへのチャージ電流を
Ic、静電容量Csに対するチャージ時間をTcとする
と、検出電圧Vsnsは、 Vsns=(Ic×Tc)/Cs となる。この式から明らかなように、検出電圧Vsns
の限られたダイナミックレンジ内で静電容量Csの検出
感度を上げるためには、基準電荷(Ic×Tc)を小さ
く設定すれば良いことになる。
Here, when the charging current to the electrostatic capacitance Cs is Ic and the charging time to the electrostatic capacitance Cs is Tc, the detection voltage Vsns becomes Vsns = (Ic × Tc) / Cs. As is clear from this equation, the detection voltage Vsns
In order to increase the detection sensitivity of the electrostatic capacitance Cs within the limited dynamic range, the reference charge (Ic × Tc) should be set small.

【0017】[0017]

【発明が解決しようとする課題】ここで、静電容量Cs
の検出感度の向上を考えた場合、先述したように、前者
の電圧チャージ法では、検出電極101のチャージ電圧
ΔVを高くするか、基準容量Cfを小さくすれば良いの
であるが、チャージ電圧ΔVは装置の電源電圧で制限さ
れ、基準容量Cfを小さくしていくと、外乱ノイズや回
路動作時のノイズの影響が大きくなるため、S/Nが悪
くなる。また、例えば、振幅ΔQnの交流電荷ノイズを
被った場合、チャージとセンスのタイミングにもよる
が、最悪の場合、ΔQnのノイズ電荷を受けるので、検
出回路105mの出力電圧に換算すると、そのノイズ電
圧はΔQn/Cfとなる。このノイズ電圧は基準容量C
fを小さくすると大きくなってしまい、S/Nの劣化を
招く。
Here, the electrostatic capacitance Cs
Considering the improvement of the detection sensitivity of the above, as described above, in the former voltage charging method, the charge voltage ΔV of the detection electrode 101 may be increased or the reference capacitance Cf may be decreased. If the reference capacitance Cf is reduced by the power supply voltage of the device, the influence of disturbance noise and noise during circuit operation increases, and the S / N ratio deteriorates. Further, for example, when the AC charge noise of the amplitude ΔQn is received, it depends on the timing of charging and sensing, but in the worst case, the noise charge of ΔQn is received. Therefore, when converted into the output voltage of the detection circuit 105m, the noise voltage is changed. Is ΔQn / Cf. This noise voltage is the reference capacitance C
If f is made small, it becomes large, which causes deterioration of S / N.

【0018】一方、後者の電荷チャージ法では、基準電
荷(Ic×Tc)を小さく設定することにより、検出電
圧Vsnsの限られたダイナミックレンジ内で静電容量
Csの検出感度を上げることができるのであるが、電圧
チャージ法と同様に、振幅ΔQnの交流電荷ノイズを被
った場合、(Ic×Tc)の基準電荷に最悪のケースで
ΔQnのノイズが加わるので、このときのS/NはΔQ
n/(Ic×Tc)となり、(Ic×Tc)を小さくす
ると、S/Nが劣化する。
On the other hand, in the latter charge charging method, the detection sensitivity of the electrostatic capacitance Cs can be increased within the limited dynamic range of the detection voltage Vsns by setting the reference charge (Ic × Tc) small. However, similar to the voltage charging method, when AC charge noise of amplitude ΔQn is applied, noise of ΔQn is added to the reference charge of (Ic × Tc) in the worst case, so the S / N at this time is ΔQ.
It becomes n / (Ic × Tc), and if (Ic × Tc) is reduced, the S / N deteriorates.

【0019】実際、上述した指紋検出装置をノート型パ
ソコンなどの電気機器に搭載した場合を考えると、これ
らの機器では一般的にAC電源からスイッチング電源を
介してDC電圧が供給されているため、内部の電源電圧
にはスイッチング電源からのスイッチングノイズが重畳
されている。したがって、このスイッチングノイズが上
記の非同期外乱ノイズとなって、指紋検出装置(静電容
量検出装置)のS/N劣化や誤動作を引き起こす要因と
なる。すなわち、上述したいずれの検出方法でも、現状
のままでは検出感度の向上に限界が生じ、また、非同期
外乱ノイズに対して弱いという課題がある。
Actually, considering the case where the above-mentioned fingerprint detecting device is mounted on an electric device such as a notebook type personal computer, in these devices, a DC voltage is generally supplied from an AC power source through a switching power source. Switching noise from the switching power supply is superimposed on the internal power supply voltage. Therefore, this switching noise becomes the above-mentioned asynchronous disturbance noise, and becomes a factor that causes S / N deterioration and malfunction of the fingerprint detection device (electrostatic capacitance detection device). That is, with any of the above-mentioned detection methods, there is a problem that the improvement of the detection sensitivity is limited as it is, and that it is weak against the asynchronous disturbance noise.

【0020】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、S/Nを劣化させる
ことなく検出感度を大幅に向上できるとともに、非同期
外乱ノイズの耐性も大幅に改善可能な静電容量検出装置
およびこれを用いた指紋照合装置を提供することにあ
る。
The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to significantly improve the detection sensitivity without degrading the S / N and also significantly improve the resistance to asynchronous disturbance noise. An object of the present invention is to provide an improved electrostatic capacitance detection device and a fingerprint collation device using the same.

【0021】[0021]

【課題を解決するための手段】本発明による静電容量検
出装置は、検出電極、この検出電極と基準電位との間に
接続された第1のスイッチおよび検出電極とセンス線と
の間に接続された第2のスイッチを有するセンサーセル
と、このセンサーセルから第2のスイッチを介してセン
ス線に出力される電荷を基準容量に取り込んで電圧信号
に変換する検出手段と、第1のスイッチをオンし、次い
でこれをオフした後第2のスイッチをオンさせてセンサ
ーセルの電荷を上記検出手段の基準容量に取り込む動作
を繰り返して実行すべく制御する制御手段とを備えた構
成となっている。そして、この静電容量検出装置は指紋
検出手段として指紋照合装置に用いられる。
A capacitance detection device according to the present invention comprises a detection electrode, a first switch connected between the detection electrode and a reference potential, and a connection between the detection electrode and a sense line. A sensor cell having a second switch, a detection means for capturing the electric charge output from the sensor cell to the sense line via the second switch into a reference capacitor and converting the electric charge into a voltage signal, and the first switch. It is configured to include a control means for turning on and then turning off the second switch to turn on the second switch to repeatedly perform the operation of taking the electric charge of the sensor cell into the reference capacitance of the detection means. . Then, this electrostatic capacitance detection device is used as a fingerprint detection means in a fingerprint collation device.

【0022】上記構成の静電容量検出装置またはこれを
指紋検出手段として用いた指紋照合装置において、制御
手段のスイッチング制御の下に、先ず、第1のスイッチ
をオンし、検出電極の電位を基準電位にする。次に、第
1のスイッチをオフした後第2のスイッチをオンし、検
出電極とセンス線とを短絡させる。このときのセンス線
の電位変化により、センサーセルの検出電極から第2の
スイッチおよびセンス線を通して検出手段の基準容量に
電荷が移動する。そして、この一連の動作を繰り返して
実行する。この繰り返しにより、平均化(積分)処理が
行われてノイズ成分が低減し、信号成分だけが取り出さ
れる。また、その繰り返し回数によって検出される信号
が決まるので、繰り返し回数を増やすことで検出感度が
上がる。
In the electrostatic capacitance detection device having the above structure or the fingerprint collation device using the electrostatic capacitance detection device as a fingerprint detection means, the first switch is first turned on under the switching control of the control means, and the potential of the detection electrode is used as a reference. Set to potential. Next, after turning off the first switch, the second switch is turned on to short-circuit the detection electrode and the sense line. Electric charges move from the detection electrode of the sensor cell to the reference capacitance of the detection means through the second switch and the sense line due to the potential change of the sense line at this time. Then, this series of operations is repeatedly executed. By repeating this, the averaging (integration) processing is performed, the noise component is reduced, and only the signal component is extracted. Further, since the signal to be detected is determined by the number of repetitions, the detection sensitivity is increased by increasing the number of repetitions.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。図1は、本発明の一
実施形態に係る静電容量検出装置を示す回路図であり、
ここでは、指紋検出装置(指紋センサー)として用いる
場合を例に採って示している。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram showing a capacitance detection device according to an embodiment of the present invention,
Here, the case where it is used as a fingerprint detection device (fingerprint sensor) is shown as an example.

【0024】図1に示すように、本実施形態に係る静電
容量検出装置は、センサーアレイ部11、寄生容量キャ
ンセル回路12、検出回路13、パラレル−シリアル変
換回路14および出力回路15を有する構成となってい
る。センサーアレイ部11には、図6と同様に、センサ
ーセルを形成する検出電極が半導体の表面にm列×n行
分だけアレイ状に配置されている。ここでは、ある1行
分のセンサーセル100−1,…,100−k,…,1
00−mのみについてそのセルの回路構成を示してい
る。
As shown in FIG. 1, the electrostatic capacitance detection device according to this embodiment has a sensor array section 11, a parasitic capacitance cancellation circuit 12, a detection circuit 13, a parallel-serial conversion circuit 14, and an output circuit 15. Has become. Similar to FIG. 6, in the sensor array portion 11, the detection electrodes forming the sensor cells are arranged in an array on the surface of the semiconductor by m columns × n rows. Here, one row of sensor cells 100-1, ..., 100-k ,.
Only 00-m shows the circuit configuration of the cell.

【0025】なお、センサーアレイ部11には、各列ご
とに列センス線103−1,103−k,103−mが
配線されているとともに、図6と同様に、各行ごとに行
選択線が配線され、また図示しないが、これら行選択線
を駆動する行駆動回路と、検出回路13を通してパラレ
ル−シリアル変換回路14にパラレルに読み出された検
出電圧をシリアル変換して出力する際の駆動を行う列駆
動回路とが設けられているものとする。
In the sensor array section 11, column sense lines 103-1, 103-k, 103-m are provided for each column, and row selection lines are provided for each row as in FIG. Although not shown in the drawing, a row drive circuit for driving these row selection lines and a drive for outputting the detection voltage read out in parallel to the parallel-serial conversion circuit 14 through the detection circuit 13 are output. It is assumed that a column drive circuit for performing the operation is provided.

【0026】以下の具体的な説明では、図2に示すk列
の回路系、即ちセンサーセル100−k、寄生容量キャ
ンセル回路12−k、検出回路13−kおよびパラレル
−シリアル変換回路14−kを例に採って説明するもの
とする。
In the following specific description, the circuit system of the k column shown in FIG. 2, that is, the sensor cell 100-k, the parasitic capacitance cancel circuit 12-k, the detection circuit 13-k, and the parallel-serial conversion circuit 14-k. Will be described as an example.

【0027】センサーセル100−kにおいて、容量C
sは検出電極と指表面との間に形成される静電容量、容
量Cpは検出電極と半導体基板との間の寄生容量であ
る。このセンサーセル100−kは、静電容量Csの検
出点Xと基準電位点、例えばグランドGNDとの間に接
続された第1のスイッチSAと、検出点Xと列センス線
103−kとの間に接続された第2のスイッチSBとを
有している。これらスイッチSA,SBは、図6に示す
行駆動回路によって駆動制御され、選択された1行のみ
がアクティブとなり、非選択の行のセルについては、ス
イッチSAがオンの状態、スイッチSBがオフの状態で
止まっているものとする。
In the sensor cell 100-k, the capacitance C
s is an electrostatic capacitance formed between the detection electrode and the finger surface, and capacitance Cp is a parasitic capacitance between the detection electrode and the semiconductor substrate. The sensor cell 100-k includes a first switch SA connected between a detection point X of the electrostatic capacitance Cs and a reference potential point, for example, a ground GND, a detection point X, and a column sense line 103-k. And a second switch SB connected between them. These switches SA and SB are drive-controlled by the row drive circuit shown in FIG. 6, and only one selected row becomes active. For cells in the non-selected rows, the switch SA is on and the switch SB is off. It is assumed to be stopped in the state.

【0028】寄生容量キャンセル回路12−kは、検出
電極と指表面との間に静電容量Csが形成されるのみな
らず、検出電極と半導体基板との間にも寄生容量Cpが
存在し、静電容量Csの検出時にこの寄生容量Cp分の
オフセットが発生し、検出回路13のダイナミックレン
ジを圧迫することになるので、この寄生容量Cpに起因
する不具合を解決するために設けられるものである。
In the parasitic capacitance cancel circuit 12-k, not only the electrostatic capacitance Cs is formed between the detection electrode and the finger surface, but also the parasitic capacitance Cp exists between the detection electrode and the semiconductor substrate. An offset corresponding to the parasitic capacitance Cp is generated when the electrostatic capacitance Cs is detected, and the dynamic range of the detection circuit 13 is pressed. Therefore, the offset is provided to solve the problem caused by the parasitic capacitance Cp. .

【0029】そのために、寄生容量キャンセル回路12
−kはセンサーアレイ部11の領域外に、センサーアレ
イ部11の各検出電極と同様に形成されたダミーの検出
電極(以下、ダミー電極と略称する)を各列ごとに備え
ている。したがって、このダミー電極と半導体基板との
間にも、センサーアレイ部11の各検出電極の場合と同
様に寄生容量Cp′が付く。この寄生容量キャンセル回
路12−kにおいて、寄生容量Cp′の検出点Yと基準
電位点、例えば電源VDDとの間にはスイッチSCが接
続されている。また、検出点Yと列センス線103−k
との間にはスイッチSDが接続されている。
Therefore, the parasitic capacitance cancel circuit 12
-K has a dummy detection electrode (hereinafter abbreviated as a dummy electrode) formed in the same manner as each detection electrode of the sensor array unit 11 outside the region of the sensor array unit 11 for each column. Therefore, a parasitic capacitance Cp ′ is also provided between the dummy electrode and the semiconductor substrate as in the case of each detection electrode of the sensor array section 11. In the parasitic capacitance cancel circuit 12-k, a switch SC is connected between the detection point Y of the parasitic capacitance Cp ′ and a reference potential point, for example, the power supply VDD. Further, the detection point Y and the column sense line 103-k
A switch SD is connected between and.

【0030】検出回路13−kは、逆相入力端が列セン
ス線103−kの一端に接続されたオペアンプOP1
と、このオペアンプOP1の逆相入力端と出力端との間
に接続された基準容量Cf1と、この基準容量Cf1に
対して並列に接続されたリセットスイッチSEとを有す
る構成となっている。オペアンプOP1の正相入力端に
は、電源電圧VDDの1/2の電圧(VDD/2)が与
えられている。
The detection circuit 13-k includes an operational amplifier OP1 whose negative phase input terminal is connected to one end of the column sense line 103-k.
And a reference capacitor Cf1 connected between the negative phase input terminal and the output terminal of the operational amplifier OP1, and a reset switch SE connected in parallel with the reference capacitor Cf1. A voltage (VDD / 2) that is half the power supply voltage VDD is applied to the positive-phase input terminal of the operational amplifier OP1.

【0031】検出回路13−kの出力端には、パラレル
−シリアル変換回路14が接続されている。このパラレ
ル−シリアル変換回路14は、検出回路13−kの出力
端と出力信号線141との間に各列ごとに設けられた第
1のサンプル&ホールド回路142−kと、出力信号線
141に入力端が接続された出力アンプ143と、この
出力アンプ143の出力端に入力端が接続された第2の
サンプル&ホールド回路144とを有する構成となって
いる。
A parallel-serial conversion circuit 14 is connected to the output terminal of the detection circuit 13-k. The parallel-serial conversion circuit 14 includes a first sample-and-hold circuit 142-k provided for each column between the output end of the detection circuit 13-k and the output signal line 141, and the output signal line 141. The output amplifier 143 is connected to the input terminal, and the second sample and hold circuit 144 is connected to the output terminal of the output amplifier 143.

【0032】第1のサンプル&ホールド回路142−k
は、検出回路13−kの出力端と出力信号線141との
間に直列に接続されたサンプリングスイッチSFおよび
列選択スイッチSGと、これらスイッチSF,SGの共
通接続点とグランドとの間に接続されたホールド容量C
h1とを有する構成となっている。出力アンプ143
は、基準電圧VOSを正相入力とし、サンプル&ホール
ド回路142−kを介して供給される検出回路13−k
の検出電圧Vsnsを逆相入力とするオペアンプOP2
と、このオペアンプOP2の逆相入力端と出力端との間
に接続された基準容量Cf2と、この基準容量Cf2に
対して並列に接続されたリセットスイッチSHとを有す
る構成となっている。
First sample and hold circuit 142-k
Is connected between the sampling switch SF and the column selection switch SG connected in series between the output terminal of the detection circuit 13-k and the output signal line 141, and the common connection point of these switches SF and SG and the ground. Hold capacity C
and h1. Output amplifier 143
Is a detection circuit 13-k which receives the reference voltage VOS as a positive phase input and is supplied through the sample & hold circuit 142-k.
Operational amplifier OP2 in which the detection voltage Vsns of
And a reference capacitor Cf2 connected between the negative phase input terminal and the output terminal of the operational amplifier OP2, and a reset switch SH connected in parallel to the reference capacitor Cf2.

【0033】第2のサンプル&ホールド回路144は、
出力アンプ143の出力端、即ちオペアンプOP2の出
力端に入力端が接続されたサンプリングスイッチSI
と、このサンプリングスイッチSIの出力端とグランド
との間に接続されたホールド容量Ch2とを有する構成
となっている。出力回路15は、第2のサンプル&ホー
ルド回路144におけるホールド容量Ch2のホールド
出力を正相入力とし、逆相入力端と出力端とが短絡され
たオペアンプOP3からなるバッファ構成となってい
る。
The second sample and hold circuit 144 is
A sampling switch SI whose input end is connected to the output end of the output amplifier 143, that is, the output end of the operational amplifier OP2.
And a hold capacitance Ch2 connected between the output terminal of the sampling switch SI and the ground. The output circuit 15 has a buffer configuration including an operational amplifier OP3 in which the hold output of the hold capacitor Ch2 in the second sample & hold circuit 144 is used as the positive phase input and the negative phase input end and the output end are short-circuited.

【0034】次に、上記構成の本実施形態に係る静電容
量検出装置の回路動作について、図2に示すk列の回路
系を用いて図3のタイミングチャートを参照して説明す
る。図3のタイミングチャートにおいて、スイッチSA
〜SFについては、“H”レベルがオン、“L”レベル
がオフを意味するものとする。また、初期状態のスイッ
チSA〜SFは全てオフ状態とする。なお、スイッチS
A〜SIのオン/オフ制御はタイミングコントローラ1
6によって行われるものとする。
Next, the circuit operation of the electrostatic capacitance detection device according to this embodiment having the above-mentioned configuration will be described with reference to the timing chart of FIG. 3 using the circuit system of the k-column shown in FIG. In the timing chart of FIG. 3, the switch SA
Regarding "-SF", the "H" level means on and the "L" level means off. Further, the switches SA to SF in the initial state are all turned off. The switch S
Timing controller 1 for on / off control of A to SI
6 shall be performed.

【0035】先ず、時刻t1で検出回路13−kのリセ
ットスイッチSEをオンし、基準容量Cf1の電荷を0
にする。このとき、列センス線103−kはオペアンプ
OP1の作用によってVDD/2に仮想接地されてい
る。また同時に、センサーセル100−kのスイッチS
Aをオンし、検出電極の電位Vcellをグランドレベ
ルにするとともに、寄生容量キャンセル回路12−kの
スイッチSCをオンし、ダミー電極の電位VdmyをV
DDレベルにする。
First, at time t1, the reset switch SE of the detection circuit 13-k is turned on, and the electric charge of the reference capacitance Cf1 is set to 0.
To At this time, the column sense line 103-k is virtually grounded to VDD / 2 by the action of the operational amplifier OP1. At the same time, the switch S of the sensor cell 100-k
A is turned on to set the potential Vcell of the detection electrode to the ground level, the switch SC of the parasitic capacitance canceling circuit 12-k is turned on, and the potential Vdmy of the dummy electrode is set to V
Set to DD level.

【0036】このとき、センサーセル100−kのスイ
ッチSBおよび寄生容量キャンセル回路12−kのスイ
ッチSDは共にオフ状態となっている。その後、検出回
路13−kのリセットスイッチSE、センサーセル10
0−kのスイッチSAおよび寄生容量キャンセル回路1
2−kのスイッチSCを共にオフする。このとき、各ノ
ードは電荷が保持されているので、電位の変化はない。
At this time, the switch SB of the sensor cell 100-k and the switch SD of the parasitic capacitance cancel circuit 12-k are both in the off state. After that, the reset switch SE of the detection circuit 13-k and the sensor cell 10
0-k switch SA and parasitic capacitance cancel circuit 1
Both 2-k switches SC are turned off. At this time, since the electric charge is held in each node, the potential does not change.

【0037】次に、時刻t2でセンサーセル100−k
のスイッチSBをオンし、検出電極と列センス線103
−kとを短絡させる。このとき、列センス線103−k
が検出回路13−kによってVDD/2に仮想接地され
ているので、検出電極の電位Vcelはグランドレベル
→VDD/2に変化する。この電位の変化により、検出
電極から検出回路13−kの基準容量Cf1に、−
{(VDD/2)×(Cs+Cp)}の電荷がスイッチ
SBを通して移動する。
Next, at time t2, the sensor cell 100-k
The switch SB of is turned on to detect the detection electrode and the column sense line 103.
-K and short. At this time, the column sense line 103-k
Is virtually grounded to VDD / 2 by the detection circuit 13-k, the potential Vcel of the detection electrode changes from the ground level to VDD / 2. Due to this change in potential, the reference electrode Cf1 of the detection circuit 13-k moves from the detection electrode to −
The electric charge of {(VDD / 2) × (Cs + Cp)} moves through the switch SB.

【0038】時刻t2ではさらに、寄生容量キャンセル
回路12−kのスイッチSDをオンし、ダミー電極と列
センス線103−kとを短絡させる。このとき、ダミー
電極の電位VdmyはVDD→VDD/2に変化するの
で、ダミー電極から検出回路13−kの基準容量Cf1
に、(VDD/2)×Cp′の電荷がスイッチSDを通
して移動する。
At time t2, the switch SD of the parasitic capacitance cancel circuit 12-k is further turned on to short-circuit the dummy electrode and the column sense line 103-k. At this time, the potential Vdmy of the dummy electrode changes from VDD to VDD / 2, so that the reference capacitance Cf1 of the detection circuit 13-k from the dummy electrode.
Then, the charge of (VDD / 2) × Cp ′ moves through the switch SD.

【0039】結局、基準容量Cf1には、−{(VDD
/2)×(Cs+Cp−Cp′)}の電荷が蓄積される
ため、検出回路13−kの検出電圧Vsnsは、 Vsns=(VDD/2)+{(VDD/2)×(Cs
+Cp−Cp′)}/Cf1 となる。このとき、Cp=Cp′となるようにダミー電
極を設計しておけば、 Vsns=(VDD/2)+{(VDD/2)×Cs}
/Cf1 となり、検出電極の寄生容量Cpによるオフセットをキ
ャンセルすることができる。
After all, the reference capacitance Cf1 has-{(VDD
/ 2) × (Cs + Cp−Cp ′)} charges are accumulated, so the detection voltage Vsns of the detection circuit 13-k is Vsns = (VDD / 2) + {(VDD / 2) × (Cs
+ Cp-Cp ')} / Cf1. At this time, if the dummy electrode is designed so that Cp = Cp ′, Vsns = (VDD / 2) + {(VDD / 2) × Cs}
/ Cf1 and the offset due to the parasitic capacitance Cp of the detection electrode can be canceled.

【0040】その後、センサーセル100−kのスイッ
チSBおよび寄生容量キャンセル回路12−kのスイッ
チSDを共にオフする。このとき、各ノードの電荷は保
持されるので、電位の変化はない。
After that, the switch SB of the sensor cell 100-k and the switch SD of the parasitic capacitance cancel circuit 12-k are both turned off. At this time, since the electric charge of each node is held, the potential does not change.

【0041】時刻t3で再び、センサーセル100−k
のスイッチSAおよび寄生容量キャンセル回路12−k
のスイッチSCを共にオンし、検出電極の電位Vcel
lをグランドレベルに、ダミー電極の電位VdmyをV
DDレベルにする。以降、スイッチSA,SCおよびス
イッチSB,SBのオン/オフ制御に基づく上述した一
連の動作、即ち時刻t1〜時刻t3の動作を、時刻t3
〜時刻t5,時刻t5〜時刻t7,…と順に繰り返す。
At time t3, again, the sensor cell 100-k
Switch SA and parasitic capacitance cancel circuit 12-k
Both switches SC are turned on to detect the potential Vcel of the detection electrode.
l to the ground level and the potential Vdmy of the dummy electrode to V
Set to DD level. After that, the above-described series of operations based on the on / off control of the switches SA and SC and the switches SB and SB, that is, the operations from time t1 to time t3 are performed at time t3.
~ Time t5, time t5 ~ time t7, ... are sequentially repeated.

【0042】このサイクルを繰り返すごとに、検出回路
13−kの検出電圧Vsnsは、 ΔVsns={(VDD/2)×Cs}/Cf1 ={VDD/(2×Cf1)}×Cs ずつ増加する。このサイクルをトータルK回ほど繰り返
したとき、検出電圧Vsnsは、 Vsns=VDD/2+K×ΔVsns =VDD/2+K×{VDD/(2×Cf1)}×Cs となる。
Each time this cycle is repeated, the detection voltage Vsns of the detection circuit 13-k increases by ΔVsns = {(VDD / 2) × Cs} / Cf1 = {VDD / (2 × Cf1)} × Cs. When this cycle is repeated K times in total, the detection voltage Vsns becomes Vsns = VDD / 2 + K × ΔVsns = VDD / 2 + K × {VDD / (2 × Cf1)} × Cs.

【0043】時刻t1〜時刻t3のサイクルをK回繰り
返した後、センサーセル100−kのスイッチSBおよ
び寄生容量キャンセル回路12−kのスイッチSCを共
にオフする。そして、時刻t8でパラレル−シリアル変
換回路14における第1のサンプル&ホールド回路14
2−kのサンプリングスイッチSFをオンする。これに
より、検出回路13−kの検出電圧Vsnsが第1のサ
ンプル&ホールド回路142−kにロードされ、ホール
ド容量Ch1にホールドされる。
After repeating the cycle from time t1 to time t3 K times, both the switch SB of the sensor cell 100-k and the switch SC of the parasitic capacitance cancel circuit 12-k are turned off. Then, at time t8, the first sample-and-hold circuit 14 in the parallel-serial conversion circuit 14
The 2-k sampling switch SF is turned on. As a result, the detection voltage Vsns of the detection circuit 13-k is loaded into the first sample & hold circuit 142-k and held in the hold capacitor Ch1.

【0044】以上、k列の回路系を例に採ってその動作
について説明したが、ここまでの動作は全ての列で行単
位に同時に行われることになる。そして、パラレル−シ
リアル変換回路14において、各列毎に第1のサンプル
&ホールド回路142−1〜142−mの各ホールド容
量Ch1にホールドされた電圧は、列駆動回路(図示せ
ず)から順に出力される列駆動信号により、第1のサン
プル&ホールド回路142−1〜142−mの各列選択
スイッチSGが順次オン→オフされることによってシリ
アル変換され、出力信号線141、出力アンプ143お
よび第2のサンプル&ホールド回路144を経由して出
力される。
The operation of the k-column circuit system has been described above as an example, but the operations up to this point are simultaneously performed on a row-by-row basis in all columns. Then, in the parallel-serial conversion circuit 14, the voltages held in the hold capacitors Ch1 of the first sample & hold circuits 142-1 to 142-m for each column are sequentially output from a column drive circuit (not shown). The output column drive signal sequentially turns on and off the respective column selection switches SG of the first sample & hold circuits 142-1 to 142-m for serial conversion, and the output signal line 141, the output amplifier 143, and It is output via the second sample & hold circuit 144.

【0045】上述したように、本実施形態に係る静電容
量検出装置では、タイミングコントローラ16によるス
イッチング制御の下に、センサーセル100−kにおい
て先ず、スイッチSAをオンして検出電極の電位を基準
電位(本例では、GNDレベル)にし、次いで、スイッ
チSAをオフした後スイッチSBをオンしてセンサーセ
ル100−kの電荷を検出回路13−kの基準容量Cf
1に取り込む動作を繰り返して実行することで、検出さ
れる信号Vsigは、 Vsig=K×{VDD/(2×Cf1)}×Cs となる。
As described above, in the capacitance detecting device according to the present embodiment, the switch SA is first turned on in the sensor cell 100-k under the switching control of the timing controller 16 so that the potential of the detection electrode is used as a reference. The potential (in this example, the GND level) is set, and then the switch SA is turned off and then the switch SB is turned on to charge the sensor cell 100-k with the reference capacitance Cf of the detection circuit 13-k.
The signal Vsig detected by repeatedly performing the operation of taking in 1 becomes Vsig = K × {VDD / (2 × Cf1)} × Cs.

【0046】したがって、センサーセル100−kの電
荷を検出回路13−kの基準容量Cf1に取り込む繰り
返し回数Kを増やすことによって出力感度(検出感度)
を上げることができる。すなわち、繰り返し回数Kを変
えることにより、検出感度を制御することができるの
で、電圧チャージ法の従来技術のように、検出回路13
−kのオペアンプOP1の正相入力端に与えるチャージ
電圧を外部からコントロールする必要がなくなる。
Therefore, the output sensitivity (detection sensitivity) is increased by increasing the number of repetitions K in which the charge of the sensor cell 100-k is taken into the reference capacitance Cf1 of the detection circuit 13-k.
Can be raised. That is, since the detection sensitivity can be controlled by changing the number of repetitions K, the detection circuit 13 can be controlled as in the conventional technique of the voltage charging method.
There is no need to externally control the charge voltage applied to the positive phase input terminal of the -k operational amplifier OP1.

【0047】このように、繰り返し回数Kを増やすこと
によって検出感度を大幅に改善できることにより、セン
サーセル100−kの検出電極を覆うオーバーコート
(図7のオーバーコート104に相当)の膜厚を厚くす
ることができるため、センサーセル100−kの表面強
度や静電強度を改善できる。しかも、検出感度を繰り返
し回数Kの設定、即ちデジタルでコントロールできるた
め、感度調整用のD/Aコンバータが不要となり、装置
全体の回路構成の簡略化および低コスト化に寄与でき
る。
As described above, since the detection sensitivity can be greatly improved by increasing the number of repetitions K, the film thickness of the overcoat (corresponding to the overcoat 104 in FIG. 7) covering the detection electrode of the sensor cell 100-k is increased. Therefore, the surface strength and electrostatic strength of the sensor cell 100-k can be improved. Moreover, since the detection sensitivity can be set to the number of repetitions K, that is, digitally controlled, a D / A converter for sensitivity adjustment is not required, which contributes to simplification of the circuit configuration of the entire apparatus and cost reduction.

【0048】また、従来技術の例と同様に、振幅ΔQn
の交流電荷ノイズを被った場合を考えると、最悪ΔQn
のノイズ電荷を受けるが、例えば、電圧チャージ法の従
来技術と比較すると、センサーセル100−kの電荷を
検出回路13−kの基準容量Cf1に取り込む動作を繰
り返すことにより、平均化(積分)処理が行われてノイ
ズ成分が低減し、信号成分だけが取り出されることにな
るため、当該従来技術と同じ検出感度に設定するものと
すると、基準容量Cf1を当該従来技術のK倍にするこ
とができる。したがって、ノイズ電荷ΔQnによる検出
回路13−kの出力電圧ΔQn/Cf1は1/Kとなる
ため、S/NをK倍改善でき、外乱ノイズに強いものと
なる。
Further, as in the case of the prior art, the amplitude ΔQn
Considering the case in which the AC charge noise of
However, compared with the prior art of the voltage charging method, for example, averaging (integration) processing is performed by repeating the operation of taking in the charge of the sensor cell 100-k to the reference capacitance Cf1 of the detection circuit 13-k. Since the noise component is reduced and only the signal component is extracted, the reference capacitance Cf1 can be set to K times that of the conventional technique if the detection sensitivity is set to the same as that of the conventional technique. . Therefore, the output voltage ΔQn / Cf1 of the detection circuit 13-k due to the noise charge ΔQn becomes 1 / K, so that the S / N can be improved by K times, and it becomes resistant to disturbance noise.

【0049】ここで、上記実施形態に係る静電容量検出
装置では、センサーセル100−kにおいて、チャージ
電圧となる基準電圧をグランドレベルとしたが、これは
一例に過ぎず、これに限定されるものではない。ただ
し、基準電圧をグランドレベルとした方が、センサーセ
ル100−k内で容易に接続できる半導体基板の電位を
使ってチャージ電圧を得ることができ、その分だけ配線
が不要となるため好ましいと言える。
Here, in the capacitance detecting device according to the above embodiment, the reference voltage serving as the charge voltage is set to the ground level in the sensor cell 100-k, but this is only an example and the present invention is not limited to this. Not a thing. However, it is preferable to set the reference voltage to the ground level because the charge voltage can be obtained by using the potential of the semiconductor substrate that can be easily connected in the sensor cell 100-k, and the wiring is not required to that extent. .

【0050】なお、上記実施形態においては、本発明に
係る静電容量検出装置を指紋検出装置(指紋センサー)
として用いた場合を例に採って説明したが、指紋の検出
に限られるものではなく、センサーセル100−kの検
出電極を覆うオーバーコート(図7のオーバーコート1
04に相当)の上に載置された際に、検出電極との間に
静電容量Csが形成される凹凸パターン全般のパターン
検出に用いることが可能である。
In the above embodiment, the electrostatic capacitance detection device according to the present invention is a fingerprint detection device (fingerprint sensor).
However, the present invention is not limited to the fingerprint detection, but an overcoat that covers the detection electrode of the sensor cell 100-k (the overcoat 1 in FIG. 7 is used.
(Corresponding to 04)), it can be used for pattern detection of general concave-convex patterns in which electrostatic capacitance Cs is formed between the electrode and the detection electrode.

【0051】図4は、先述した実施形態に係る静電容量
検出装置を指紋検出装置(指紋センサー)として用いた
本発明に係る指紋照合装置の構成の一例を示すブロック
図である。図4に示すように、本例に係る指紋照合装置
20は、指紋検出装置21、A/Dコンバータ22、第
1,第2のメモリ23,24、登録部25および比較部
26を有する構成となっている。
FIG. 4 is a block diagram showing an example of the configuration of a fingerprint collation device according to the present invention, which uses the electrostatic capacitance detection device according to the above-described embodiment as a fingerprint detection device (fingerprint sensor). As shown in FIG. 4, the fingerprint collation device 20 according to the present example includes a fingerprint detection device 21, an A / D converter 22, first and second memories 23 and 24, a registration unit 25, and a comparison unit 26. Has become.

【0052】上記構成の指紋照合装置20において、指
紋検出装置21として、先述した実施形態に係る静電容
量検出装置が用いられる。すなわち、指紋検出装置21
は、センサーセルの検出電極の電位を基準電位にした
後、その電荷を検出回路の基準容量に取り込む動作を繰
り返して行うことにより、検出電極と指の表面との間に
指紋の応答に応じて形成される静電容量Csを高い検出
感度にて検出して指紋情報を取得する構成となってい
る。
In the fingerprint collation device 20 having the above structure, the capacitance detection device according to the above-described embodiment is used as the fingerprint detection device 21. That is, the fingerprint detection device 21
Responds to the fingerprint response between the detection electrode and the surface of the finger by repeating the operation of setting the potential of the detection electrode of the sensor cell to the reference potential and then capturing the charge in the reference capacitance of the detection circuit. The electrostatic capacitance Cs formed is detected with high detection sensitivity to obtain fingerprint information.

【0053】指紋検出装置21の出力電圧は、A/Dコ
ンバータ22でデジタル化された後第1のメモリ23に
格納される。登録部25は、照合対象となる指紋パター
ンを予め登録する際に使用されるものであり、その登録
の際に第1のメモリ23に格納された指紋情報から例え
は特徴点だけを抽出し、この特徴点群の情報を登録パタ
ーン情報として第2のメモリ24に格納する。
The output voltage of the fingerprint detection device 21 is stored in the first memory 23 after being digitized by the A / D converter 22. The registration unit 25 is used when registering a fingerprint pattern to be matched in advance, and extracts only feature points from the fingerprint information stored in the first memory 23 at the time of registration, The information of the characteristic point group is stored in the second memory 24 as registered pattern information.

【0054】比較部26は、指紋の照合の際に、指紋検
出装置21によって検出され、第1のメモリ21に格納
された検出指紋情報を、例えばその特徴点について第2
のメモリ24に予め格納されている登録パターン情報と
比較する。そして、検出指紋情報が登録パターン情報と
一致する場合には、比較部26は、指紋検出装置21に
よって検出された指紋が予め登録されている指紋である
と判断し、その旨の照合結果を外部へ出力する。
The comparing unit 26 detects the detected fingerprint information stored in the first memory 21 and detected by the fingerprint detecting device 21 at the time of collating the fingerprint, for example, the second detected fingerprint.
The registered pattern information previously stored in the memory 24 of FIG. Then, when the detected fingerprint information matches the registered pattern information, the comparison unit 26 determines that the fingerprint detected by the fingerprint detection device 21 is a pre-registered fingerprint, and the collation result to that effect is output to the outside. Output to.

【0055】なお、本例に係る指紋照合装置20では、
指紋検出装置21によって検出された指紋情報を一旦第
1のメモリ23に格納するとしたが、信号処理上、その
必要がない場合には、第1のメモリ23を省略すること
ができる。
In the fingerprint collation device 20 according to this example,
Although the fingerprint information detected by the fingerprint detection device 21 is temporarily stored in the first memory 23, the first memory 23 can be omitted if the signal processing does not require it.

【0056】また、図5に示すように、指紋検出装置2
1、A/Dコンバータ22および第1のメモリ23(当
該メモリ23については、点線で示すように省略するこ
とも可能)を1つのユニット27として構成し、当該ユ
ニット27の出力をパーソナルコンピュータ28に与え
るようにし、このーソナルコンピュータ28に第2のメ
モリ24、登録部25および比較部26の機能を持ち、
これらを総合して指紋照合装置20′とすることも可能
である。
Further, as shown in FIG. 5, the fingerprint detecting device 2
1. The A / D converter 22 and the first memory 23 (the memory 23 can be omitted as shown by the dotted line) are configured as one unit 27, and the output of the unit 27 is sent to the personal computer 28. The personal computer 28 has the functions of the second memory 24, the registration unit 25, and the comparison unit 26.
It is also possible to combine these into a fingerprint collation device 20 '.

【0057】[0057]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
センサーセルの検出電極の電位を基準で電位にした後、
その電荷を検出回路の基準容量に取り込む動作を繰り返
して行うようにしたことにより、検出感度を大幅に向上
できるので、検出電極上のオーバーコートの膜厚を厚く
することができ、センサーセルの表面強度や静電強度を
改善できるとともに、非同期外乱ノイズの耐性も大幅に
改善できるので電源ノイズ対策等が容易となる。
As described above, according to the present invention,
After setting the potential of the detection electrode of the sensor cell as the reference potential,
By repeating the operation of fetching the electric charges into the reference capacitance of the detection circuit, the detection sensitivity can be significantly improved, so that the overcoat on the detection electrode can be made thicker and the surface of the sensor cell can be increased. The strength and electrostatic strength can be improved, and the resistance to asynchronous disturbance noise can be greatly improved, so that it becomes easy to take measures against power supply noise.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施形態に係る静電容量検出装置を
示す回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a capacitance detection device according to an embodiment of the present invention.

【図2】k列の回路系の具体的な構成を示す回路図であ
る。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a specific configuration of a k-column circuit system.

【図3】一実施形態に係る静電容量検出装置の回路動作
を説明するためのタイミングチャートである。
FIG. 3 is a timing chart for explaining a circuit operation of the electrostatic capacitance detection device according to the embodiment.

【図4】本発明に係る指紋照合装置の構成の一例を示す
ブロック図である。
FIG. 4 is a block diagram showing an example of a configuration of a fingerprint matching device according to the present invention.

【図5】本発明に係る指紋照合装置の構成の他の例を示
すブロック図である。
FIG. 5 is a block diagram showing another example of the configuration of the fingerprint collation device according to the present invention.

【図6】指紋検出装置の基本構成を示す概略図である。FIG. 6 is a schematic diagram showing a basic configuration of a fingerprint detection device.

【図7】静電容量を感知する指紋検出装置の原理図であ
る。
FIG. 7 is a principle diagram of a fingerprint detection device that senses capacitance.

【図8】電圧チャージ法の原理回路図である。FIG. 8 is a circuit diagram of the principle of the voltage charging method.

【図9】電荷チャージ法の原理回路図である。FIG. 9 is a circuit diagram showing the principle of the charge charging method.

【図10】電荷チャージ法の動作説明のためのタイミン
グチャートである。
FIG. 10 is a timing chart for explaining the operation of the charge charging method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11…センサーアレイ部、12,12−1,12−k,
12−m…寄生容量キャンセル回路、13,13−1,
13−k,13−m…検出回路、14…パラレル−シリ
アル変換回路、20,20′…指紋照合装置、21…指
紋検出装置、100−1,100−k,100−m…セ
ンサーセル、103−1,103−k,103−m…列
センス線、141…信号出力線、142−1,142−
k,142−m…第1のサンプル&ホールド回路、14
3…出力アンプ、144…第2のサンプル&ホールド回
11 ... Sensor array unit, 12, 12-1, 12-k,
12-m ... Parasitic capacitance cancel circuit, 13, 13-1,
13-k, 13-m ... Detection circuit, 14 ... Parallel-serial conversion circuit, 20, 20 '... Fingerprint collation device, 21 ... Fingerprint detection device, 100-1, 100-k, 100-m ... Sensor cell, 103 -1, 103-k, 103-m ... Column sense line, 141 ... Signal output line, 142-1, 142-
k, 142-m ... First sample-and-hold circuit, 14
3 ... Output amplifier, 144 ... Second sample & hold circuit

フロントページの続き (72)発明者 篠崎 圭一 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 Fターム(参考) 2F063 AA43 BA29 BC04 CA08 CA29 DA02 DC08 DD07 HA04 KA01 4C038 FF01 FF05 FG00 5B047 AA25 BB04 Continued front page    (72) Inventor Keiichi Shinozaki             6-735 Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Soni             -Inside the corporation F term (reference) 2F063 AA43 BA29 BC04 CA08 CA29                       DA02 DC08 DD07 HA04 KA01                 4C038 FF01 FF05 FG00                 5B047 AA25 BB04

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 検出電極、この検出電極と基準電位との
間に接続された第1のスイッチおよび前記検出電極とセ
ンス線との間に接続された第2のスイッチを有するセン
サーセルと、 前記センサーセルから前記第2のスイッチを介して前記
センス線に出力される電荷を基準容量に取り込んで電圧
信号に変換する検出手段と、 前記第1のスイッチをオンし、次いでこれをオフした後
前記第2のスイッチをオンさせて前記センサーセルの電
荷を前記検出手段の基準容量に取り込む動作を繰り返し
て実行すべく制御する制御手段とを備えたことを特徴と
する静電容量検出装置。
1. A sensor cell having a detection electrode, a first switch connected between the detection electrode and a reference potential, and a second switch connected between the detection electrode and a sense line; Detection means for taking in the electric charge output from the sensor cell to the sense line via the second switch into a reference capacitance and converting it into a voltage signal; and turning on the first switch and then turning off the switch, An electrostatic capacitance detection device comprising: a control unit that controls to repeatedly perform an operation of turning on the second switch to take in the electric charge of the sensor cell into the reference capacitance of the detection unit.
【請求項2】 半導体デバイスで実現したことを特徴と
する請求項1記載の静電容量検出装置。
2. The capacitance detection device according to claim 1, which is realized by a semiconductor device.
【請求項3】 前記基準電位は半導体基板電位であるこ
とを特徴とする請求項2記載の静電容量検出装置。
3. The capacitance detection device according to claim 2, wherein the reference potential is a semiconductor substrate potential.
【請求項4】 前記制御手段は、前記センサーセルの電
荷を前記検出手段の基準容量に取り込む繰り返し回数を
変えることにより、前記検出手段の検出感度を制御する
ことを特徴とする請求項1記載の静電容量検出装置。
4. The control unit controls the detection sensitivity of the detection unit by changing the number of times of repeating the charge of the sensor cell into the reference capacitance of the detection unit. Capacitance detection device.
【請求項5】 前記センサーセルがアレイ状に配置され
てなり、 前記検出手段は前記センサーセルの電荷を取り込むこと
によって前記検出電極と指の表面との間に形成される静
電容量を検出して指紋情報を取得することを特徴とする
請求項1記載の静電容量検出装置。
5. The sensor cells are arranged in an array, and the detection means detects the capacitance formed between the detection electrode and the surface of the finger by taking in the charge of the sensor cell. The electrostatic capacitance detection device according to claim 1, wherein the fingerprint information is acquired by the fingerprint detection device.
【請求項6】 検出電極、この検出電極と基準電位との
間に接続された第1のスイッチおよび前記検出電極とセ
ンス線との間に接続された第2のスイッチを有するセン
サーセルがアレイ状に配置されてなるセンサーアレイ部
と、前記センサーセルから前記第2のスイッチを介して
前記センス線に出力される電荷を基準容量に取り込むこ
とによって前記検出電極と指の表面との間に形成される
静電容量を検出して指紋情報を取得する検出手段とを有
する指紋検出手段と、 前記第1のスイッチをオンし、次いでこれをオフした後
前記第2のスイッチをオンさせて前記センサーセルの電
荷を前記検出手段の基準容量に取り込む動作を繰り返し
て実行すべく制御する制御手段と、 予め登録された指紋のパターン情報を格納する格納手段
と、 前記指紋検出手段によって取得された指紋情報を前記格
納手段に格納されている登録パターン情報と比較し、そ
の比較結果を指紋照合結果として出力する比較手段とを
備えたことを特徴とする指紋照合装置。
6. An array of sensor cells having a detection electrode, a first switch connected between the detection electrode and a reference potential, and a second switch connected between the detection electrode and a sense line. Is formed between the detection electrode and the surface of the finger by incorporating the electric charge output from the sensor cell to the sense line via the second switch into the reference capacitor. A fingerprint detecting means having a detecting means for detecting a capacitance to obtain fingerprint information, and the sensor cell by turning on the first switch and then turning off the second switch. Control means for controlling to repeatedly execute the operation of fetching the electric charges of the above into the reference capacitance of the detection means, storage means for storing pattern information of a fingerprint registered in advance, said fingerprint detection A fingerprint collation device comprising: comparison means for comparing the fingerprint information acquired by the output means with the registered pattern information stored in the storage means, and outputting the comparison result as a fingerprint collation result.
【請求項7】 前記制御手段は、前記センサーセルの電
荷を前記検出手段の基準容量に取り込む繰り返し回数を
変えることにより、前記指紋検出手段の検出感度を制御
することを特徴とする請求項6記載の指紋照合装置。
7. The control means controls the detection sensitivity of the fingerprint detecting means by changing the number of times of repeating the charge of the sensor cell into the reference capacitance of the detecting means. Fingerprint matching device.
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